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铸造微课堂 热加工行业论坛 2024-04-17 18:40 山东 听全文 图片图片图片图片 【热坛学习】重视中频感应炉熔炼的冶金功能 感应炉依靠磁-电-热的转换进行工作，热量发自炉料内部，熔清后升温快，调质期短；渣料不发热，熔渣温度低；炉型呈坩埚状，相对而言，熔池深而熔渣-铁液界面小。因此，中频感应炉的冶金功能远不如电孤炉。有人还将它与冲天炉相比，认为冲天炉内焦炭-炉气-铁（料）液一熔渣相互作用，物理化学过程较为丰富。其实，对于冲天炉内多种物料间的反应，既有正面效应（如增碳，熔渣熔吸杂质和调硫等）亦有负面效应（如元素烧损，成分波动，铁液被污染等），而后者恰是感应炉的优势所在。对于感应炉，不能简单地视为熔化炉，炉内存在着的冶金过程，要恰当地把握，强化或发展其有利面，限制其不利面。以下就炉料的装入与续料，温度掌控，辅料的使用等有关冶金问题，举例加以说明。 1 炉料的装入与续料 现场的装料，一般侧重于操作性表述，如：a）炉底要垫轻薄料；b）料块要合理，切忌厚大（电频率在100Hz~500Hz时，最佳平均料径为230mm~100mm）；c）装料要紧密，但不能在熔化中发生棚料，等等。这些规定，对于保护炉底免受大料撞击，炉料顺行和热利用是必要的。然而，从冶金学视角考虑，强调以下几点更为重要。 1）炉料装入顺序，应保证炉底尽早形成高碳熔池。令熔点低的回炉料先装，再生铁，熔点高的废钢放在上面。全功率供电后， 炉底很快便形成熔池，废钢浸入其中，表面增碳，熔点降低，起了助熔作用。还须指出，废钢比生铁易于氧化，当温度高于700℃后，废钢表面氧化加快。若废钢能尽快熔于铁液，无疑对于减少氧化也是有益的。化学成分对熔点的影响是基于Fe-C相图中液相线的变化：随含碳量的提高，钢的熔点降低。同样道理，一些铁合金，可以利用表面的增铁，降低液相线温度，来达到助熔的目的。笔者在熔炼有Mo、W、B、V等的铸铁时，较早地将FeMo、FeW、FeB或FeV投入熔池，起到了助熔的作用。借着电磁搅拌作用，合金成分很快就被均匀了。 2）熔炼初期切忌底部熔池过热，以免炉底侵蚀，并发生SiO2+2C=Si+2CO反应而致的炉底化学侵蚀。铁液的过热还会加剧元素的烧损和含气量的增加。 3）随着炉料的逐步熔解，应适时续料，前一批料尚未化尽前，投入后续料。投向熔池的炉料要干燥，无锈蚀，以防铁液氧化和含气量的增加。在冬季，往熔池中加冷废钢，还会造成“炸溅”，要注意防范。切屑宜加入熔池。装料期加，既影响电耗，又加大了元素烧损。 2 温度掌控 感应炉熔炼涉及到平衡温度、沸腾温度、临界温度和过热温度等不同概念。平衡温度（t平衡）是决定SiO2+2C=Si+2CO反应方向的温度，大于平衡温度，反应向右进行，反之则反应向左进行。单质状态下，t平衡为1645.8℃。铁液中，t平衡与C、Si含量有关：随着C含量的增加或Si含量的减少，t平衡下降。在通常灰铸铁和球墨铸铁铁液成分下t平衡约在1425℃~1400℃，对低温用铁素体球墨铸铁铁液则约在1380℃左右。高于平衡温度，反应产物CO造成熔池“沸腾”。生产中为了保证足够的沸腾力度，一般取t平衡+50℃，称为沸腾温度（t沸腾）。此时铁液的沸腾，有利于温度和成分的进一步均匀，能驱除气体，降低铁液中的溶氧量，排除夹杂物等。 当铁液温度进一步提高，超过了所谓临界温度（t临界）时，铁液中的石墨化核心数明显减少，铁液白口倾向增大，铸件或试样中石墨形态发生变异，产生过冷石墨甚至出现自由渗碳体。不同资料所提供的t临界的数据不甚一致，一般为1455℃~1510℃。t临界与炉料状况及铁液成分有关，如生铁的牌号高则t临界高，生铁配比少废钢用量多则t临界低；铁液的C、Si含量低则t临界低等。此外，t临界还与增碳剂的使用有关。显然，熔炼后期铁液的过热温度（t过热）取多少，关系到铁液的冶金质量。从铁液自沸腾，净化铁液考虑，过热温度应该在t沸腾以上。这一温度亦正好与酸性炉衬的方石英化温度相一致，对提高炉衬烧结层的耐火度和体积稳定性是有益的。因此，过热温度至少要超过1470℃。最终过热温度则视铸铁材质、铸件，以及炉料等情况的不同，一般为1510℃~1550℃。亦有少数企业把过热温度调低至1480℃左右，以减少过热过程中晶核的损失。经1510 ℃~1550℃过热的铁液，淡化了炉料的不良遗传性影响。虽然，过热铁液的过冷倾向大，但只要作好孕育处理， 孕育效果会发挥得更好，有利于铸铁中石墨及基体的细化。但过热温度不能过高，过热停留时间不能长。否则，会加重炉衬的侵蚀和铁液中SiO2的丧失；铁液降C增Si，会增加化学成分波动的不确定性；铁液在高温裸露下，溶氧量有回升的可能。 3 辅料的使用 在感应炉炼的不同时期，需加入各种辅料。 1）增碳。废钢配比多，铸铁增碳量大时，大部分增碳剂应在装料时加于轻薄料之上，上面再压其他炉料。这样，既防止了增碳剂的漂浮，又加强了铁液的助熔作用。后期于镜面加入细粒增碳剂补碳，此时应调低电频率，加大电磁搅拌作用。 2）造渣。笔者习惯于在熔化前期，通过炉料间的空挡加入渣剂（一般的珍珠岩类清渣剂），以便及时在熔池上形成熔渣层，防止氧化吸气。熔炼后期，可补充清渣剂，根据渣量和渣况，换1~2次渣。熔炼末期，炉温高，用一般的商品清渣剂，熔渣稀，聚渣效果不好，熔渣成壳性差，难以挑起渣壳。此时，应通过复配，调高清渣剂的融熔温度。 3）增硫。感应炉铁液的硫含量低，用于灰铸铁，孕育效果差，而且在低硫铁液中新生的石墨晶核很容易重新溶解消失。灰铸铁合适的硫含量为0.07%~0.10%。增硫作业可在炉内或炉外进行。 4）预处理。感应炉铁液的自发形核能力差，白口倾向大。可通过预处理加以克服。常用的预处理剂有晶型石墨、SiC、Inoculin390和Preseed TM等。 5）其他。废钢中的含氮量较多，当炉料中废钢配比大时，铁液中溶氮量较多，经过短期“自沸腾”可以降低氮的含量，如若氮含量仍偏多，应以FeTi固氮，即令溶解氮转化为TiN。固氮工作可以炉内或炉外进行。生产实践发现，在熔炼后期，向熔池投入少量的铸铁切屑（无油污及切屑液），有促进孕育的作用。 本节中关于增碳剂、清渣剂、增硫剂和预处理等，可查阅资料。必须指出，本文的目的在于提请读者重视感应炉的冶金功能，使每一操作都能发挥有利的冶金作用，而限制或削弱不利面。本文所列举的一些做法，仅供参考。 声明：钱立先生文章。资料来源于网络，经整理后分享。仅供参考！ |
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